作业帮科学家能预测未来太阳系行星轨道变化吗?比如100年内各个行星轨道会怎么变.
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/03 17:58:28
科学家能预测未来太阳系行星轨道变化吗?比如100年内各个行星轨道会怎么变.
科学家能预测未来太阳系行星轨道变化吗?
比如100年内各个行星轨道会怎么变.
科学家能预测未来太阳系行星轨道变化吗?比如100年内各个行星轨道会怎么变.
太阳系行星轨道序的寿命预期
迄今太阳系已经在宇宙中存留了近50 亿年.按照恒星演化的理论,再过50亿年当氢燃料消耗殆尽,太阳将演变成一颗红巨星.届时它的体积将突涨,依次吞没水星、金星和地球.现在的问题是：在未来的50亿年期间,整个太阳系诸天体的轨道运动是否稳定,陆地行星（水星、金星、地球和火星）现行井然有序的周期运动是否会一直保持下去?最近,来自法国巴黎天文台的Laskar 和 Gastineau在《Nature》周刊上撰文,报告了他们用巨型计算机阵列针对上述问题的计算结果.
行星间的引力相互作用会影响它们轨道运动的复现性和可预测性.在太阳系外行星的普查中,有这样的例子：在恒星Upsilon Andromedae附近,原有两颗行星绕其作轨道运动,后来其中的一颗已经被逐出轨道,在灾变的遗迹中人们看到,在残留物之间角动量的往复交换持续进行.在17世纪,牛顿因不能完全说明木星和土星的运动而困扰,引力少体问题的非线性使他得出结论：同时考虑所有的影响,使用精准的定律,详细说明行星的运动,超出了人类心智的能力.18世纪,数学家欧拉、拉格朗日和拉普拉斯等发展了一流的微扰论,用以计算行星轨道的长期演化.拉普拉斯展示,木星的轨道周期近似是土星的2/5,这导致5:2的轨道共振.他认为,这些行星的轨道将是稳定的,并且永远是可以预言的.然而,1889年彭伽勒展示,轨道微扰函数的高阶项不能被忽略,即使是引力三体问题,也不可能有解析解.彭伽勒的工作已经隐含了现代的动力学混沌概念,以及非线性系统对初始条件的敏感依赖性.
近年来计算机的发展再度振兴了天体力学.太阳系的行星分为气体巨行星和岩质陆地行星.前一个群体特别地稳定,但陆地行星的轨道稳定性就差多了.Laskar 和 Gastineau长期致力于陆地行星的轨道稳定性评估.这次数字模拟,考虑了月球的存在以及广义相对论效应.他们使用了2501组不同的轨道参数（每组数据都包括,各个行星在特定时刻的精确位置和速度）作为模拟运算的初始条件,所获得的结果得到了同行专家的高度评价.
Laskar 等的研究结果表明：水星面临的风险最大,具体说,水星的轨道有可能与木星轨道同步进动.一旦水星-木星长期共振形成,水星轨道的离心率将增大,在一个百万年的时间尺度内,水星轨道将伸展到与金星轨道相交.届时,地球也就进入到灾难的危险期.众所周知,目前水星轨道进动的速率是43角秒/百年,它是由广义相对论效应产生的.当Laskar 等在计算中引入了广义相对论修正,水星和木星间的耦合会有某种程度的失谐,这导致灾难风险相应的降低.最终的结果是,在未来的50亿年,地球与其他陆地行星之间,发生相撞的几率为1% .
(戴闻 编译自 Nature 459(2009):781 和817)